600 MW机组励磁机转子振动分析与处理

刘奇洪

（神华浙江国华浙能发电有限公司，浙江 宁海 315612）

上海电气生产的600 MW亚临界汽轮发电机组在国内很多发电厂都有安装，不少机组出现过励磁机转子振动异常的情况，其中包括宁海发电厂1号机组。该汽轮发电机组采用N600-16.7/538/538型亚临界、单轴、四缸四排汽、一次中间再热、凝汽式汽轮机和QFSN-600-2型水氢氢冷却、采用全进口静态励磁系统的发电机。整台机组轴系长约46 m，如图1所示。

图1 宁海电厂一期汽轮发电机组轴系示意图

11号轴瓦（简称11瓦）是支撑励磁机转子的轴承，也叫集电环轴承，处于汽轮发电机组尾部。它是4块可倾瓦组成的自位式轴承，轴承分上下2半，下半轴承依靠2块球面垫铁支撑于下瓦座内，上半轴承的两块球面垫铁被瓦盖紧紧压住。每块球面垫铁由4颗内六角螺栓固定，垫铁与轴承之间有绝缘垫片 （一般采用环氧树脂材料），保证轴瓦与瓦座之间绝缘。

1 轴振超标现象

机组A修后启动，各瓦轴振情况良好，除10号轴瓦处Y方向（简称10Y，以下以此类推）轴振为84 μm稍微超出优良值外，其余各瓦轴振均在优良范围内，见表1。

机组启动后的第12天13∶33负荷528 MW，11Y轴振从57 μm经过5 h逐渐上升至78 μm，第13天20∶00达到93 μm。之后11Y轴振基本在90～110 μm 之间波动，最高达到 130 μm， 波动周期大约为一天1次。11Y轴振波动变化过程中，11X轴振变化平缓，从34 μm上升到52 μm。9，10号瓦轴振值稳定，振动相位也没有明显变化。第50天11Y轴振从117 μm降至85 μm，但11X轴振开始明显爬升，波动情况正好相反。当11X轴振值爬升至187 μm时，安排计划停机。 在停机过程中11X轴振最大升到322 μm，11Y轴振最大升到 145 μm。

表2 机组运行1个月期间11瓦轴振波动情况

2 第一次处理情况

停机后对11瓦进行解体检查，发现轴瓦、轴颈表面均没有损伤。用压铅丝方法测量发现瓦盖与轴承之间原有紧力已无，并形成了一定的间隙，右上方垫铁与瓦盖间隙是0.35 mm，而左上方垫铁与瓦盖间隙是0.02 mm。在11瓦处轴颈上部测量轴颈在下瓦翻出后的下降高度值，即轴颈在下半瓦翻出后自然下降的高度为0.28 mm，比A修后的0.68 mm减少0.4 mm。在11瓦左上半垫铁内侧加0.05 mm厚不锈钢皮，同时在右上半垫铁内侧加0.40 mm厚不锈钢皮，将瓦盖紧力调整到合格范围（-0.05～-0.02 mm）内。在11瓦轴颈水平位置架设百分表并盘动转子测得轴颈晃动度为0.09 mm，而按照厂家标准晃动度应小于0.05 mm，用力矩扳手紧固集发对轮轴器螺栓将轴颈晃动度调整到0.02 mm。检查集电环风扇部位的平衡块没有发现松动现象，对集电环通风孔内部聚集的石墨颗粒物进行仔细清理。

机组重新启动后11X轴振为0.022 mm，11Y轴振为0.046 mm，连续运行2个月都比较稳定。但2个月后11X，11Y轴振开始明显增大，上升趋势明显，11X轴振上升至0.123 mm，11Y轴振上升至0.08 mm，振动值来回波动，证明此次处理并没有找到11瓦轴振异常的真正原因。

3 轴振分析

对11瓦轴振进行频谱分析，X，Y方向的半频与2倍频振动都比较小。从表2可以看出，11X轴振的峰峰值、1倍频振幅与相位变化比较大，峰峰值由 30 μm上升至 136 μm， 又下降到 90 μm左右，而1倍频振幅由 17 μm上升至129 μm后又下降到73 μm，11X轴振的1倍频相位从181°增加至280°左右。11Y轴振的峰峰值变化不大，基本在60～80 μm之间波动，1倍频振幅从109 μm下降至50 μm附近，1倍频相位基本在306°～325°范围波动。11X轴振探头间隙电压从-8.9 V变为-10.4 V，有1.5 V的大幅度波动，而11Y轴间隙电压变化很小。

一般来说，引起轴振超标的因素主要来自轴系或轴承，轴系因素有转子不对中、动静碰磨、质量不平衡等；轴承因素有轴瓦损坏、油膜振荡、轴承座松动、轴瓦支撑失稳等。以下采用排除法来分析11瓦轴振异常原因：

（1）转子不对中会引起转频或多倍频振动，而11瓦轴振以1倍频为主，其它倍频振动相对很小，因此可排除“转子不对中”因素。

（2）11瓦在轴系最尾端，可能发生“动静碰磨”的地方一般只有密封瓦或集电环碳刷处。如果密封瓦出现碰磨，则发电机9，10号密封瓦发生碰磨的可能性较大，而事实上发电机9，10号瓦轴振幅值及相位一直比较稳定，因此也可以排除“动静碰摩”因素。

（3）如果是转子质量不平衡引起的振动，则机组启动时就会产生，或出现缓慢爬升，而11瓦轴振是来回波动，因此可以排除“转子不平衡”因素。

（4）从上次解体检查结果看11瓦轴承乌金及轴颈表面均没有发现损伤，说明不是“轴瓦损坏”引起的振动。

表1 A修后首次3 000 r/min各瓦轴振值μm

（5）现场检查11瓦轴承座地脚螺栓、中分面螺栓都没有发现松动。

对于可倾瓦来说一般不会出现油膜振荡。排除以上因素后，引起振动异常的原因最有可能就是轴承支撑失稳。

对11瓦解体检查时发现，无瓦盖紧力，并且轴颈在下瓦翻出后下降高度的数据比A修时减少了0.40 mm。检查瓦盖左右侧紧固螺栓，没有发现松动情况，另外瓦盖抬升只会引起瓦盖紧力消失，却不能同时使轴颈在下瓦翻出后下降量减少。只有11瓦整体下沉才能导致这两个现象同时出现。

11瓦下半部分是依靠2块与水平方面呈45°的球面垫铁支撑的，球面垫铁与轴承之间有两片相向放置的L型绝缘垫片，该片采用环氧树脂材料制作，具有良好绝缘性能。如果绝缘垫片老化，就会使绝缘垫片疏松，无法承受转子和轴承的压力，当被压缩而厚度减薄时必然会造成11瓦整体下沉。不过左右两块垫铁的绝缘垫片压缩量不一定相同，这样就造成11瓦整体下降是偏斜的。这可以从第一次11瓦解体检查时测量瓦盖紧力的数据看出来，右上方垫铁与瓦盖的间隙为0.35 mm，而左上方垫铁与瓦盖的间隙只有0.02 mm。

对汽轮发电机相关参数进行分析，包括有功功率、无功功率、密封油温、集电环进出口风温、发电机励磁电流、11瓦瓦温、润滑油温等，发现11瓦振动、瓦温和润滑油温有一定关联性，而与其它参数都没有明显关联性。润滑油温变化会使轴瓦高度发生微小变化，轴承对轴颈的支撑刚性也就有微小变化。对于轴承来说，当支撑刚性增大时轴振减小，支撑刚性减弱时轴振增大，轴承支撑刚性受到破坏时更能体现这一特点。

表2中探头间隙电压的变化情况也正好反映了轴承高度变化。由于间隙电压与探头和轴颈之间的距离成正比，当间隙电压变大时说明探头与轴颈之间距离大了。11X振动探头间隙电压从-8.9 V变为-10.4 V，说明11X振动探头与轴颈间距离增大。排除了探头松动的因素后，最终认为引起11瓦轴振大的原因是轴承高度降低。

4 第二次处理情况

再次解体11瓦，发现瓦盖紧力完全消失，右上垫铁与瓦盖间隙为0.30～0.415 mm，左上垫铁与瓦盖间隙为0.115～0.365 mm，这次瓦盖间隙与第一次处理时相比都更大了，尤其是左上垫铁与瓦盖的间隙。同样，将轴瓦下半翻出后测得轴颈下降高度为0.34 mm，仍小于A修后0.68 mm。检查发现下半轴承的两块球面垫铁不同程度松动，其中11X振动探头正对着的左下垫铁用手就能轻松移动，11Y振动探头正对着的右下垫铁用铜棒轻轻一敲也能移动。由于在垫铁表面覆盖有绝缘的封堵片，一般情况下如果垫铁没有发现松动都不会去解体的，这是第一次振动未处理好的根本原因。

拆除固定垫铁的4颗内六角螺钉，拿下垫铁，取出垫铁与轴承之间的2片L型绝缘垫片。仔细检查就会发现垫片边缘部位老化现象很明显，出现发黑、疏松现象，用手挤压能渗油，其中左下垫铁的绝缘垫片老化现象更严重。

11瓦的绝缘垫片老化，说明厂家在绝缘垫片的选材方面还有待进一步改进。同样是环氧树脂材料由于选择不同的添加剂其性能就不同。作为轴承绝缘垫片来说，选择环氧树脂材料要考虑以下几个方面：

（1）良好绝缘性。

（2）具有较好抗冲强度。

（3）温度变化时材质性能稳定。

（4）材质密度要高，具有优良抗水性。

特别说明，不能采用环氧玻璃布层压板作为轴承绝缘垫片。因为环氧玻璃布层压板由无碱玻璃布浸以环氧树脂经热压而成，虽然绝缘性能好，但长期受到润滑油的浸泡容易产生分层、疏松，出现如11瓦垫片老化情况。

垫铁绝缘垫片老化疏松后，在转子和轴承的压力下被压缩，使紧固垫铁的螺栓紧力逐渐减弱直至消失，垫铁就出现松动现象。同时垫片被压缩后11瓦整体高度就会下降，导致出现瓦盖紧力消失情况。

处理措施是更换上下半轴承垫铁的绝缘垫片。委托加工厂按照旧垫片重新加工制作新垫片，材料仍然采用环氧树脂，但要挑选密度高和抗压性能好的材质，并严格按照厂家提供的安装工艺导则进行检修。

处理后机组重新启动投运，11X轴振值22 μm，11Y轴振值23 μm。此后机组连续运行至今，11X，11Y轴振值一直都在25 μm以内，励磁机转子振动异常的问题得到了彻底解决。

5 结语

宁海发电厂1号机11瓦经过两次处理，最终彻底解决了励磁机转子振动异常的隐患，为发电机组长期稳定运行提供了安全保障，可为同类机组处理轴振问题提供一些借鉴。

[1]郝开国.汽轮机设备检修技术[M].北京∶水利电力出版社，1985.

[2]上海汽轮发电机有限公司.大型氢冷汽轮发电机及无刷励磁机组安装工艺导则（0A410.017）[M].1998.